具有完備故障自診斷功能的電動汽車動力電池管理系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種具有完備故障自診斷功能的電動汽車動力電池管理系統(tǒng)，其特征是：在電池管理系統(tǒng)中設(shè)置單體信息采集和故障診斷模塊，利用單體信息采集和故障診斷模塊獲得電池組中電池單體電壓和電池包溫度數(shù)據(jù)，并診斷可能出現(xiàn)故障的各故障點獲得故障自診斷信息；將電池單體電壓、電池包溫度數(shù)據(jù)以及故障自診斷信息作為輸出信號通過隔離與接口轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送給電池管理系統(tǒng)中主控制器MCU，電池管理系統(tǒng)中主控制器MCU接收輸出信號并傳送至整車控制器。本發(fā)明專利技術(shù)可有效提升電動汽車動力電池管理系統(tǒng)的ASIL。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及電動汽車動力電池管理系統(tǒng)，特別是具有完備故障自診斷功能的電池管理系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
目前，電動汽車動力電池管理系統(tǒng)雖然都能實現(xiàn)單體電壓采集、溫度采集和均衡等各功能，但是在故障診斷，提升功能安全等級方面研究欠缺。關(guān)于鋰離子電池及其管理系統(tǒng)故障診斷的已有研究中，基本是針對電池系統(tǒng)的診斷進行研究，包括過流、過溫、過壓、欠壓和絕緣檢測等，但對于電池管理系統(tǒng)本身并沒有進行全面的診斷。在電動汽車運行過程中，電池管理系統(tǒng)存在有出現(xiàn)各種故障的可能性，包括：ADC故障、參考電壓故障、單體電壓采集線開路、短路，均衡引腳開路、短路，通信線開路、短路等。任一故障的出現(xiàn)都有可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)運行異常。與此同時，為了實現(xiàn)汽車上電子和電氣系統(tǒng)的功能安全設(shè)計，道路車輛功能安全標準ISO 26262已于2011年正式發(fā)布，為開發(fā)汽車安全相關(guān)系統(tǒng)提供了指南。標準給出了汽車安全完整性等級ASIL。為了達到最高安全等級ASIL-D，電池管理系統(tǒng)就必須具有完備的故障自診斷功能，但是，迄今未有相關(guān)技術(shù)的公開報導(dǎo)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種具有完備故障自診斷功能的電動汽車動力電池管理系統(tǒng)，保障汽車安全運行。本專利技術(shù)為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：本專利技術(shù)具有完備故障自診斷功能的電動汽車動力電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點是：在所述電池管理系統(tǒng)中設(shè)置單體信息采集和故障診斷模塊，利用所述單體信息采集和故障診斷模塊獲得電池組中電池單體電壓和電池包溫度數(shù)據(jù)，并診斷可能出現(xiàn)故障的各故障點獲得故障自診斷信息；將所述電池單體電壓、電池包溫度數(shù)據(jù)以及故障自診斷信息作為輸出信號通過隔離與接口轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送給電池管理系統(tǒng)中主控制器MCU，所述電池管理系統(tǒng)中主控制器MCU接收所述輸出信號并傳送至整車控制器。本專利技術(shù)具有完備故障自診斷功能的電動汽車動力電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點也在于：在所述單體信息采集和故障診斷模塊與主控制器MCU之間設(shè)置磁耦隔離電路，利用接口轉(zhuǎn)換電路將磁耦隔離電路的差分UART接口轉(zhuǎn)換成SPI接口，主控制器MCU與整車控制器通過CAN總線進行通信。本專利技術(shù)具有完備故障自診斷功能的電動汽車動力電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點也在于：所述電池管理系統(tǒng)中主控制器MCU與整車控制器的通信協(xié)議依照SAE J1939-21-2006標準進行制定。本專利技術(shù)具有完備故障自診斷功能的電動汽車動力電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點也在于：所述故障自診斷信息包括單體電壓測量引腳開路故障診斷信息、單體電壓測量線開路故障診斷信息、均衡引腳短路故障診斷信息、均衡引腳開路故障信息、單體電壓測量引腳與均衡引腳短路故障診斷信息，以及通信故障診斷信息、電源故障診斷信息、晶振故障診斷信息、參考電壓故障診斷信息和ADC故障診斷信息。本專利技術(shù)具有完備故障自診斷功能的電動汽車動力電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點也在于：所述單體電壓測量引腳開路故障診斷信息是按如下方式獲得：采用MAX17823芯片，利用所述MAX17823芯片的內(nèi)部電流源進行測試，所述MAX17823芯片的單體電壓測量引腳為端腳a和端腳b，在端腳a和端腳b上設(shè)置外接電阻R1、R3和外接電容C1、C3；由電阻R1和電容C1以及電阻R2和電容C2分別構(gòu)成低通濾波器，電阻R1接被測電池E的正極端，電阻R2接被測電池的負極端；利用MAX17823芯片分別測得在不加載電流源時的被測電池的端電壓E1，以及加載電流源時的被測電池的端電壓E2；若E1和E2的差值達到設(shè)定的閾值，判斷為存在有單體電壓測量引腳開路故障；反之，則判斷為不存在有單體電壓測量引腳開路故障。與已有技術(shù)相比，本專利技術(shù)有益效果體現(xiàn)在：本專利技術(shù)在實現(xiàn)了傳統(tǒng)電池管理系統(tǒng)單體電壓采集、溫度采集等基本功能的同時，具備完備的自診斷功能，通過對管理系統(tǒng)本身可能出現(xiàn)的故障點進行實時診斷，大大提升電動汽車動力電池管理系統(tǒng)的安全等級ASIL。附圖說明圖1為本專利技術(shù)功能結(jié)構(gòu)圖；圖2為本專利技術(shù)單體電壓測量引腳開路故障診斷原理圖；具體實施方式參見圖1，本實施例中具有完備故障自診斷功能的電動汽車動力電池管理系統(tǒng)是在電池管理系統(tǒng)中設(shè)置單體信息采集和故障診斷模塊，利用各單體信息采集和故障診斷模塊獲得電池組中電池單體電壓和電池包溫度數(shù)據(jù)，并診斷可能出現(xiàn)故障的各故障點獲得故障自診斷信息；將電池單體電壓、電池包溫度數(shù)據(jù)以及故障自診斷信息作為輸出信號通過隔離與接口轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送給電池管理系統(tǒng)中主控制器MCU，電池管理系統(tǒng)中主控制器MCU接收輸出信號并傳送至整車控制器。如圖1所示，本實施例中在單體信息采集和故障診斷模塊與主控制器MCU之間設(shè)置磁耦隔離電路，利用接口轉(zhuǎn)換電路將磁耦隔離電路的差分UART轉(zhuǎn)換成SPI接口，主控制器MCU與整車控制器通過CAN總線進行通信。本實施例中，電池管理系統(tǒng)中主控制器MCU與整車控制器的通信協(xié)議依照美國汽車工程協(xié)會推薦的SAE J1939-21-2006標準進行制定；故障自診斷信息包括單體電壓測量引腳開路故障診斷信息、單體電壓測量線開路故障診斷信息、均衡引腳短路故障診斷信息、均衡引腳開路故障信息、單體電壓測量引腳與均衡引腳短路故障診斷信息，以及通信故障診斷信息、電源故障診斷信息、晶振故障診斷信息、參考電壓故障診斷信息，ADC故障診斷信息。具體實施中，單體信息采集與故障診斷模塊是由多片MAX17823組成，如圖1中所示的采集芯片1、采集芯片2…采集芯片n-1和采集芯片n，每片MAX17823可采集十二路單體電壓，輔助通道可采集兩路溫度數(shù)據(jù)。接口轉(zhuǎn)換模塊將芯片MAX17823的差分UART轉(zhuǎn)換成SPI接口，便于和主控制器MCU進行通信。電池管理系統(tǒng)中主控制器MCU與整車控制器的通信協(xié)議依照SAE J1939-21-2006標準進行制定，表1所示為模塊地址分配：表1模塊地址分配模塊地址BMS0x5E整車控制器0x8D故障自診斷信息的傳輸以數(shù)據(jù)包的格式發(fā)送，設(shè)置傳輸格式如表2所示：表2表2中，“zz zz zz”為數(shù)據(jù)包個數(shù)，“？？？？？？”為參數(shù)組編號PGN，本實施例中所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包為故障自診斷信息，因此，可以直接將參數(shù)組編號PGN設(shè)置為固定形式，比如：“00 00 00”,“yy”為未定義的保留字節(jié)，“xx”為傳輸數(shù)據(jù)。表2所示針對數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容，多幀傳輸中數(shù)據(jù)域中的第一個字節(jié)表示幀序號，比如“01”表征幀序號為“01”；第二字節(jié)為采集芯片的序號N，若采集芯片的序號N為零，即N＝0，表示無故障。表3所示為字節(jié)3的定義：表3字節(jié)3故障字節(jié)3故障01VAA欠壓18均衡開關(guān)短路02VHV欠壓19均衡開關(guān)開路03VHV過壓20奇數(shù)測量線開路04VHV低動態(tài)余量21偶數(shù)測量線開路0532kHz晶振故障22SHDNL持續(xù)高電平0616kHz晶振故障23HVMUX開關(guān)開路07通信故障24HVMUX開關(guān)短路08RX引腳開路/短路25HVMUX測試電流源09VDDLx引腳開路/短路26測量引腳開路10GNDLx引腳開路/短路27測量引腳與均衡引腳短路11過溫故障28測量引腳漏電流12參考電壓故障29電壓比較器故障13VAA電壓故障30ALRTHVUV比較器14LSAMP偏移故障31HVMUX序列發(fā)生器15ADC滿輸出32ALU數(shù)據(jù)通道16ADC零輸出33AUXINn引腳開路17VPTAT或ALRTTEMP故障34本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種具有完備故障自診斷功能的電動汽車動力電池管理系統(tǒng)，其特征是：在所述電池管理系統(tǒng)中設(shè)置單體信息采集和故障診斷模塊，利用所述單體信息采集和故障診斷模塊獲得電池組中電池單體電壓和電池包溫度數(shù)據(jù)，并診斷可能出現(xiàn)故障的各故障點獲得故障自診斷信息；將所述電池單體電壓、電池包溫度數(shù)據(jù)以及故障自診斷信息作為輸出信號通過隔離與接口轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送給電池管理系統(tǒng)中主控制器MCU，所述電池管理系統(tǒng)中主控制器MCU接收所述輸出信號并傳送至整車控制器。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種具有完備故障自診斷功能的電動汽車動力電池管理系統(tǒng)，其特征是：在所述電池管理系統(tǒng)中設(shè)置單體信息采集和故障診斷模塊，利用所述單體信息采集和故障診斷模塊獲得電池組中電池單體電壓和電池包溫度數(shù)據(jù)，并診斷可能出現(xiàn)故障的各故障點獲得故障自診斷信息；將所述電池單體電壓、電池包溫度數(shù)據(jù)以及故障自診斷信息作為輸出信號通過隔離與接口轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送給電池管理系統(tǒng)中主控制器MCU，所述電池管理系統(tǒng)中主控制器MCU接收所述輸出信號并傳送至整車控制器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有完備故障自診斷功能的電動汽車動力電池管理系統(tǒng)，其特征是：在所述單體信息采集和故障診斷模塊與主控制器MCU之間設(shè)置磁耦隔離電路，利用接口轉(zhuǎn)換電路將磁耦隔離電路的差分UART接口轉(zhuǎn)換成SPI接口，主控制器MCU與整車控制器通過CAN總線進行通信。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有完備故障自診斷功能的電動汽車動力電池管理系統(tǒng)，其特征是：所述電池管理系統(tǒng)中主控制器MCU與整車控制器的通信協(xié)議依照SAE J1939-21-2006標準進行制定。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有完備故障自診斷功能的電動汽車動力電池管理系統(tǒng)，其特...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：胡社教，姚志，傅萬春，丁更新，龐艷紅，沙偉，羅盛，魏星剛，
申請(專利權(quán))人：合肥工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：安徽;34